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随着我国对进口原油的需求不断增加,作为原油长距离输送的主要方式的管道,近几年来,发生腐蚀穿孔的情况屡见不鲜。腐蚀问题已经成为是影响管道系统可靠性和使用寿命的关键因素之一,也是当前研究管道腐蚀中的热点。进口原油含水率低,其油水两相流流场特点与高含水原油有很大的不同,因此,本文结合镇江炼化集输管道的实际工况,对低含水率的原油在倾斜管道内的流场进行模拟研究。
对于油水两相流的研究,主要分为实验和仿真两个方向,实验研究存在着实验数据对比性不足的问题。近几年来,借助基于计算流体力学(CFD)的计算机数值仿真技术,通过对管道内部的流场进行模拟和分析,能从本质上揭示油水管道内腐蚀的机理,为寻找整条管道的最危险位置提供科学依据。
本文借助CFD软件,在流速、管径不变的情况下,分别建立倾斜角度为0°、5°、10°、15°、20°、25°和30°、含水率为0.1%、0.5%、1.5%、5%和10%的三维管道模型,选用多相流VOF模型进行非稳态计算,最后分析管道内油水两相流的流型和积水的位置,以及倾斜角度和含水率对管道压强、速度、水相分布的影响。
通过计算结果和流场模拟分析表明,受到倾角和重力的影响,低含水率原油在抬头段、倾斜管中部、以及出口处,较易发生水的聚集现象。管道内压力总体上呈递减的趋势,递减程度较小,随着倾斜角度的增加,在连接处的压力增大,出现了湍流现象,发生局部的逆流现象。随着含水率的增加,含水率的变化对管道内压力变化影响可以忽略,速度波动较大,在连接处出现断层现象。
最后通过OLGA软件进行多相流模拟,结合FLUENT的模拟结果,进行分析和比较。仿真结果表明,两个模型对于低含水率原油的油水两相流的模拟结果基本一致,模拟结果与现场检测结果吻合。本课题的研究结果对于实际生产中预测压降、减少能耗、制定防腐措施具有积极意义。